电动势的测定

电动势的测定实验报告指导老师：实验时间：专业：姓名：学号：一、实验目的1、掌握对消法测量电动势的原理及电位差计的使用方法。2、学会测定电池的电动势。（1）Hg(l),HgCl2(s)|ＫCl(饱和)||AgNo3(0.1mol.l-1)|Ag(s);（2）Hg(l),HgCl2(s)||H＋(0.1mol.l-1)HAC-0.1mol.l-1NaAC),Q.H2Q|Pt;（3）Hg(l),HgCl2(s)|ＫCl(饱和)||H＋(酒石酸-酒石酸钠溶液)，Q.H2Q|Pt3、了解电动势法测定溶液pH值的原理，并计算HAC-NaAC缓冲溶液的pH值。实验原理1.对消法测电动势如图1，电池电动势不能直接用伏特计来测量，因为电池与伏特计连接后有电流通过，就会在电极上发生电极极化，结果使电极偏离平衡状态。另外，电池本身有内阻，所以伏特计所量得的仅是不可逆电池的端电压。测量电池电动势只能在无电流通过电池的情况下进行，因此需用对消法(又叫补偿法)来测定电动势。对消法的原理是在待测电池上并联一个大小相等、方向相反的外加电势差，这样待测电池中没有电流通过，外加电势差的大小即等于待测电池的电动势。对消法测电动势常用的仪器为电位差计，其简单原理e图1对消法测电动势图如图1所示。电位差计由三个回路组成：工作电流回路、标准回路和测量回路。2.电极电势的测量原理电池的电动势E可表示为：E=E右-E左（E右和E左分别表示右边和左边的电极的电极电势）。可逆电池电动势的测定必须在电流无限接近于零的条件下进行，电极电势的能斯特方程：E电极=Eθ电极+RT/nF·ln[ɑ（氧化态）/ɑ（还原态）]ɑB=rBbB/bθ三、实验仪器和试剂EM-3D型数字式电子电位差计、232型甘汞电极1支、216型银电极1支、100型铂电极1支、50ml烧杯4个、U型管1支、电炉1个；饱和氯化钾溶液、0.1mol/L硝酸银溶液、0.2mol/L醋酸溶液、0.2mol/L醋酸钠溶液、0.2mol/L酒石酸溶液、0.2mol/L酒石酸钠溶液、醌氢醌（AR）、硝酸钾（AR）、琼脂（AR）、蒸馏水。实验步骤1、记录实验的初始温度，即为t12、打开电位差计电源开关，将“测量选择”钮置于“测量挡”。3、在干净的50ml小烧杯中装入饱和氯化钾溶液约1/2杯，将饱和甘汞电极插入其中，另取一小烧杯，装入约1/3~1/2杯的硝酸银溶液，并插入银电极。4、将两根测量连接导线分别插入测量孔中，并与所组成电池的相应电极相连（负极连甘汞电极，正极连银电极），按从大到小的顺序依次调“10-1V”“10-2V”“10-3V”“10-4V”及“补偿”旋钮，使“检零指示”在零值附近基本恒定，此时“电位指示”所显示的数值即为电池（1）的电动势，记录数据。对其测量三次，取平均值作为电动势的数值。5、另取一个干净的小烧杯，装入10ml0.2mol/L的HAC溶液和10ml0.2mol/L的NaAC溶液，在加入适量的醌氢醌粉末，混匀使醌氢醌充分溶解达饱和，插入铂电极，用盐桥连接构成电池（2）。再按步骤3测量其电动势，并记录数据。6、换用10ml的酒石酸和10ml的酒石酸钠溶液代替步骤4中的HAC溶液和NaAC溶液，重复步骤4的操作制作电池（3），再按步骤3测量其电动势，并记录数据。6、实验结束后，再记录一次温度，即为t27、关闭电源，清理仪器。五．实验数据记录及处理实验开始前记录温度t1=24.0℃，实验结束后记录温度t2=24.2℃所以，实验温度t=（t1+t2）/2=24.1℃电池（1）的电池电动势电动势平均值（mV）414.87412.84411.95411.701.电池（1）的理论电动势E甘汞=0.2410V-0.00065V（t/℃-25）=0.24159VEθ(Ag＋/Ag)=0.7994V-0.00097V（t/℃-25）=0.800273VE(Ag+Ag)=Eθ(Ag＋Ag)−AgaInFRT1=0.800273V−0.05916lg10.90.01=0.679246VE=E右-E左=0.679246-0.24159=0.43766V相对误差：E=E实验−E理论E理论×100%=5.67%电池（2）的电池电动势电动势平均值（mV）186.21185.52183.14187.202.电池（2）的理论电动势E甘汞=0.2410V-0.00065V（t/℃-25）=0.24159VEθ(Q.H2Q)=0.6993V-0.00074（t/℃-25）=0.699966VPH=-lgKa+HACACaalg=-lg(1.75×10-5)+lg(1.079.01.0)=4.65E(Q/H2O)=Eθ(Q/H2O)-PHFRT303.2=0.699966V-2.303×8.3145×297.25×4.65/96485=0.42565VE=E右-E左=0.42565V-0.24159V=0.18406V相对误差：E=E实验−E理论E理论×100%=7.87%电池（3）的电池电动势电动势平均值（mv）231.36233.14237.28230.793、计算电池（3）中酸性溶液的PH值E甘汞=0.2410v-0.00065v（t/℃-25）=0.24159VEθ(Q.H2Q)=0.6993v-0.00074（t/℃-25）=0.699966VpH=Eθ(Q.H2Q)−E甘汞−E2.303RT/F=0.699966−0.24159−0.233140.0587=3.84六．实验思考题1.为何用伏特表不能准确测定电动势？答：因为当把伏特计与待测电池接通后，整个线路上便有电流通过，电极的平衡状态即受到破坏，产生极化现象，而且由于电池放电，使得电池中溶液的组成不断发生变化，改变了原来电池的性质。另外，由于电池本身存在内阻而产生电位降。因此，用伏特计所测量出的只是电池的端电压，而非电动势。回路中的电流不为零，测出的电池两端的电压比实际的电动势要小，因此用伏特计不能准确测定电池电动势，不能用伏特计准确测定电动势。2.参比电池应具备什么条件？它有何功用？答：盐桥的选择原则：1).不与电解质溶液液发生反应；2).盐桥溶液中两种离子的迁移速率相近；3).盐桥溶液中离子浓度尽量大，以的减小误差，一般可用饱和液；盐桥的作用：当两种不同的电解质溶液接触或者两种不同浓度的同种电解质溶液接触时，由于离子的扩散速率不同，将会产上液体接界电势。加入盐桥，就是为了平衡离子的扩散，消除这个液体接界电势，尽量减小误差。3、盐桥有何作用？在制备盐桥时，其电解质选择的原则是什么？答：盐桥的作用是使原来产生明显液接电势的两种液体彼此不直接接触，从而尽可能降低液接电势到毫伏数量级一下，但不能完全消除。注意的问题：（1）盐桥溶液应不与电池溶液发生化学反应；（2）盐桥溶液中阴阳离子的迁移数应尽量相等。4.测定电动势时，如果电池的极性接反了，会有何后果？工作电池、标准电池、未知电池中的任何一个没有接通会有何后果？答：电池极性接反将导致回路的电流无法调整到零，即无法测定待测电池的电动势。如果工作电池、标准电池、未知电池中的任何一个没有接通，会导致在测定过程中，检流计一直往一边偏转，无法找到平衡点。5.在电池（2）（3）中，铂电极的作用是什么？答：铂电极是惰性电极，不参与反应，铂不反应只是传递电子，作用相当于导线6.测量电池（1）的电动势时，能用KCl盐桥吗？为什么？答：不能，盐桥电解质选择的原则之一是不与电池溶液反应，在电池（1）中，会发生222CleCl的反应，KCl盐桥中的Cl-会影响实验结果。